Способ измерения магнитострикции образцов микронных толщин

 

СОК)З СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<„, C, 01 К 3У16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABT0PCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"ЖМУРИЛ

ЪЯЫМОТИ:, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3339696/18-21 (22) 01.0?.82 (46) 07 ° 06.83. Бюл. М 21 (72) С.В. Петровых, В.Б. Есиков и В.А. Венков (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения (53) 621.017.44(088.8) (56) 1. Дехтяр И.Я., Мататова Э.Г.

Изменение магнитострикций насыщения при отжиге закаленного ферромагнети= ка. — ФММ, т. 1, вып. 4, 1966, с.507512.

2. Петровых С.В., Есиков В.Б. Влияние.намагниченности на магнитоупругую чувствительность- сплавов 49Кф2 и

8I0. Пеп. рукопись Н 2416-79, ВИНИТИ, 1979.

: (54) (57) СПОСОБ. ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТОСТРИКЦИИ ОБРАЗЦОВ МИКРОНН !Х ТОЛЦ ИЙ, „„SU„„1022087 включающий поляризацию участка образца постоянным магнитным полем, намагничивание его до насыщения прямоугольным. импульсом магнитного поля, при этом о величине магнитострикции судят по амплитуде возникающего ультразвукового импульса, о .т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерения в механически напряженных образцах, после поляризации постоянным магнитным полем на участке, большем длины исследуемого, но меньшем длины образца, создают механическое напряжение постоянной величины,.распространяющееся от одного конца участка- до другого, а намагничивание исследуемого участка до насыщения производят во время распространения по нему механичес- кого напряжения.

1 022087

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для исследования магнитострикционных свойств при разработке новых магнитных материалов и поиске

5 оптимальных режимов их термообработки.

Известен способ измерения магнитострикции образцов микронных тол1О щин, заключающийся B том, что образец в форме отрезка ленты или проволоки располагают горизонтально в ненапряженном состоянии и Фиксируют . расстояние между его концами. Затем образец намагничивают постоянным магнитным полем и по величине вертикального смещения центра образца от своего исходного положения судят о величине магнитострикции (11.

Недостатком этого способа являются узкие Функциональные возможности °

Наиболее близким к предлагаемо му является способ, включаюций полимеризацию участка образца постоянным магнитным полем, намагничивание

em до насыщения прямоугольным импульсом магнитного поля, о величине магнитострикции судят по амплитуде возникающего в образце ультразвуко,вого импульса (?) .

Р

Недостатком известногo способа является низкая точность при измерении магнитострикции в механически напряженных образцах.

Цель изобретения - повышение точности измерения в механически напряженных образцах.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения магнитострикции образцов микронных толщин, включающему поляризацию участка образца постоянным магнитным полем, намагничивание его до.насыщения прямо" угольным импульсом магнитного поля, при этом о величине магнитострикции

45 судят по амплитуде возникающего ультразвукового импульса, после поляризации. постоянным магнитным полем на участке, большем длины исследуемого, но меньше длины образца, создают механическое напряжение постоянной ве" личины, распространяющееся от одного конца участка до другого, а намагничивание исследуемого участка до насыщения производят во время распростра- 55 нения по нему механического напряжения.

На фиг.. E изображена структурная схема устройства для реализации пред" лагаемого способа; на фиг. ? — зави- . симость намагниченности и магнитострикции материалов с положительной магнитострикцией от напряженности магнитного поля при различных величинах приложенного к образцу механического напряжения.

Исследуемый образец 1 соединен через согласующий акустический концентратор 2 с сердечником 3 магнитоупругого датчика. Образец 1 расположен внутри поляризующей 4 и намагничивающей 5 обмоток, которые размещены соосно и симметрично один к другому . Поляризующая обмотка 4 подключена к генератору 6 поляризующего тока, а намагничивающая обмотка 5к генератору 7 импульсов намагничивающего тока.

Сердечник 3 магнитоупругого датчика охвачен измерительной обмоткой 8 и обмоткой 9 возбуждения. Свободный конец сердечника 3 магнитоупругого датчика соединен с акустическим демпфером 10. Измерительная обмотка 8 через усилитель 11 подключена к осциплографу 12, а обмотка возбуждения 9к генератору 13 импульсов тока возбуждения. Все генераторы и осциллограф синхронизирующими входами подключены к синхрониэатору 14, Измерение магнитострикции производится следующим образом.

Исследуемый участок образца 1, находящийся под поляризующей обмоткой 4, приводят в исходное раэмагниченное состояние и воздействуют на него по- стоянным поляризующим магнитным полем, f например, с напряженностью Нд. Для этого при помощи генератора 6 поляризующего тока в поляризующей обмот" ке 4 создается электрический ток необходимой величины. Под действием по ляризующего магнитного поля намагниченность образца изменяется по основ" ной кривой намагничивания образца а ненапряженном состоянии от нуля до величины 1(H>,á =0) (точка С! на фиг.2, а магнитострикция изменяется по кривой изменения магнитострикции образца в ненапряженном состоянии от нуля до величины 1! (Нпф>= 0) (точка d на фиг. 2).

Затем в образец 1 со стороны сердечника 3 магнитоупругого датчика вводят внешний однополярный импульс механического напряжения с плоской вершиной, длина которой больше длины исследуемого участка, но меньше длины

3 10220

Р образца. Укаэанный импульс механичес. кого напряжения возбуждается в сердечнике 3 магнитоупругого датчика при помощи обмотки 9 возбуждения, в которую подается импульс тока от генера= тора 13 импульсов тока возбуждения.

При положительном знаке магнитострикции материала сердечника магнитоупругого датчика для возбуждения импульса механического напряжения отрица- »О тельной полярности (сжатия) через обмотку возбуждения пропускается импульс тока с коротким фронтом и длительным спадом, а для возбуждения импульса механического напряжения поло- »5 жительной полярности (растяжения) наоборот с длительным фронтом и коротким спадом

Амплитуда однополярного импульса механического напряжения измеряется при помощи магнитоупругого датчика.

Для этого сигнал, возникающий в измерительной обмотке 8 при прохождении под ней однополярного импульса механического напряжения, подается через интегрирующий усилитель 11 на вход осциллографа 1?. По амплитуде напряжения на выходе интегрирующего усилителя 11 Ull> > с учетом концентрации ультразвуковой энергии при пе-. реходе от сердечника 3 магнитоупругого датчика к образцу, определяется амплитуда однополярного импульса механического напряжения, вводимого в образец, ОвЫх 3мц

К 6()gp где k - -коэффициент чувствительности магнитоупругого датчика вместе с интегрирующим усилите4О лем;

By, - площадь. сечения сердечника 3

Ф магнитоупругого датчика; оьр- площадь сечения образца 1.

Величина коэффициента чувствитель . ности магнитоупругого датчика k мо- 45 жет быть определена, например, при помощи проволочного тензодатчика (не показан), который для этого укрепляется на поверхности сердечника 3 магнитоупругого датчика между измери- 50 тельной обмоткой 8 и обмоткой 9 возбуждения. Использование для этой цели проволочного тензодатчика возможно, поскольку сердечник магнитоупругого датчика имеет достаточно большую;5 толщину.

Распространяясь по образцу, внешний однополярный импульс механического

87 4 напряжения своей плоской вершиной проходит через исследуемый участок, полностью его перекрывает и создает в нем.однородно напряженное состояние (сжатие или растяжение в зависимости от знака полярности импульса) . Пусть для определенности это будет сжимающее напряжение величиной 6» . Под вли-, янием сжимающего напряжения намагниченность исследуемого участка меняется от 1 (H>, б = О) до величины 1 (H„,6„) (точка Ь на фиг. 2), а магнитострикция меняется от Я (Н,Q = О) до величины 3 (Ив,Деточка е на ф ° 2) °

Во время прохождения плоской вершины внешнего однополярного импульса механического напряжения по исследуемому участку под намагничивающей обмоткой 5 его намагничивают до насыщения (точка С на фиг. ?) . Для . этого через намагничивающую обмотку 5 пропускается прямоугольный импульс тока от генератора 7 импульсов намагничивающего тока. Иагнитострикция при этом изменяется до величины ((H> 6,),соответствующей с магнитострикции йасыщения образца 1 при сжимающем напряжении (точка на фиг. 2) .

В результате быстрого изменения магнитострикции на исследуемом участке возникает дсполнительное механическое напряжение 66, величина которого определяется выражением где Š— модуль упругости материала образца 1.

Дополнительное напряжение на исследуемом участке образца 1, уменьшаясь, приводит к образованию двух одинаковых однополярных ультразвуковых импульсов с противоположными направлениями распространения. Амплитуда каждого из них равна 66 /2. При прохождении одного из этих импульсов под измерительной обмоткой 8 магнитоупругого датчика на выходе усилителя l1 возникает электрический импульс, амплитуду которогоЦ Ъ(й > Q, ) измеряют осциллографом 12.

Затем все ультразвуковые импульсы, распространяющиеся в образце l u сердечнике 3 магнитоупругого датчиka; поглощаются демпфером 10. Синхронизатор l4 обеспечивает описанную вре1022087. м в KE 5 оер15

° (и,(н,=06=0)-ця)н„ц).

7®ф ЖЮ

/Жлрмсмиажэ б

Ье .вю . / ВНИИПИ

Тираж 710 Ьг1

Филиал ППП "Патент" г. Ужгород, ул. Проек)ная, 4

Заказ 4035/38

Подписное менную последовательность работы элементов схемы.

Аналогичным образом проводят изме " рение амплитуды электрического импульса на выходе усилителя 11 при нулевых g значениях ппляризующего поля и внешнего механического напряжения 0 tH>,6,), По найденным значениями 9 (Н1),6,) и

Qg(Нq = О, Q = 0) определяют величину магнитострикции образца 10

Это выражение получено из Формул (1) и (2).

Далее, изменяя величины поляризующего магнитного поля и внешнего однополярного импульса механического напряжения и повторяя измерения, можно получить зависимость магнитострикции

25 исследуемого образца от магнитного поля и механического напряжения.

Длина внешнего однополярного импульса механического напряжения выбрана такой, что он обеспечивает получение в пределах исследуемого участка однородного механического напряжения, а также не мешает измерению амплитуды ультразвукового импульса, возбуждаемого на исследуемом участке образца, так как к моменту прихода этого импульса сердечник магнитоупругого датчика успевает полностью выйти из него.

Поэтому точность измерения магнитострикции в механически напряженных образцах предлагаемым способом выше, чем известным.

Особенно заметно преимуществопредлагаемого способа при измерении магнитострикции в образцах, подвергаемых действию сжимающих напряжений. В этом случае помимо повышения точности отпадает необходимость нанесения на образцы упругих сжимающих покрытий.